Descubren cómo las células conocen su futuro y olvidan su pasado

 

Se conoce que todas las células madre comparten el potencial de convertirse en cualquier célula específica del cuerpo. Por lo tanto, muchos investigadores están tratando de responder las preguntas fundamentales sobre qué determina el destino del desarrollo de las células, así como cuándo y por qué las células pierden el potencial de convertirse en cualquier otra.

Investigadores del Centro Novo Nordisk Foundation para la biología de células madre (DanStem) de la Universidad de Copenhague han descubierto cómo las células madre pueden perder este potencial y, por lo tanto, se puede decir que "olvidan su pasado". Resulta que las proteínas llamadas factores de transcripción juegan un papel diferente al que pensaban los científicos. Durante 30 años, se sostuvo que los factores de transcripción son los motores de la expresión génica, las que desencaban estos cambios al activar y desactivar los genes. Sin embargo, los nuevos resultados de la investigación publicados en Nature revelan algo bastante diferente.

"Anteriormente pensamos que los factores de transcripción conducen el proceso que determina si un gen se expresa y luego se traduce en la proteína correspondiente. Nuestros nuevos resultados muestran que los factores de transcripción pueden ser más análogos a la memoria de la célula. Siempre que los factores de transcripción están conectados a un gen, el gen se puede leer (activar), pero las señales externas recibidas por las células parecen determinar si el gen está activado o desactivado. Tan pronto como desaparecen los factores de transcripción, las células ya no pueden volver a su punto de origen ", explica Josh Brickman, profesor y líder de grupo, DanStem, Universidad de Copenhague.

La cuestión de cómo una célula se desarrolla lentamente de un estado a otro es clave para comprender el comportamiento celular en organismos multicelulares. Los investigadores de células madre consideran esto vital, por lo que constantemente están tratando de refinar las técnicas para desarrollar las células más básicas del cuerpo humano en varios tipos específicos de células que se pueden utilizar, por ejemplo, para regenerar el tejido dañado. Hasta ahora, sin embargo, investigar las señales requeridas para hacer que las células cambien de identidad ha sido extremadamente difícil, ya que hacer que todas las células en un plato hagan lo mismo al mismo tiempo es muy difícil.

Un punto de vista centrado en proteínas

Los investigadores desarrollaron un modelo de células madre para imitar la respuesta de una célula a la señalización y lo usaron, por primera vez, para determinar con precisión la secuencia de los eventos involucrados en un gen que se activa y desactiva en respuesta a una señal en las células madre. Los investigadores pudieron describir cómo se activan y desactivan los genes y en qué circunstancias puede desarrollarse una célula en una determinada dirección, pero luego eligen regresar al punto de partida.

Parte de este trabajo consistió en medir cómo las proteínas en una célula se modifican por fosforilación utilizando una espectrometría de masas avanzada disponible a través de una importante colaboración con el Grupo Jesper Olsen en el Centro de Investigación de Proteínas de la Fundación Novo Nordisk.

"La combinación de fuerzas con el grupo Olsen en la RCP nos permitió proporcionar una descripción profunda única de cómo las proteínas individuales en una célula reaccionan a las señales del exterior", continúa Josh Brickman.

Nuevas respuestas a viejas preguntas científicas

Estos resultados son sorprendentes. Aunque la secuencia de los procesos de transcripción celular no podía medirse previamente con tanta precisión como en este estudio, el dogma era que los factores de transcripción comprenden el interruptor de encendido-apagado que es esencial para iniciar la transcripción del gen individual. Esto no es así para las células madre embrionarias y potencialmente para otros tipos de células.

"Los factores de transcripción siguen siendo una señal clave, pero no impulsan el proceso, como se pensaba anteriormente. Una vez que están allí, el gen se puede leer y permanecen en su lugar durante un tiempo después de que se lee el gen. Y cuando están desaparecido, la ventana en la que se puede leer el gen se puede volver a cerrar. Se puede comparar con los rastros de vapor que se ven en el cielo cuando pasa un avión. Permanecen un rato pero se disipan lentamente ", explica el primer autor, William Hamilton, profesor asistente en DanStem.

Este descubrimiento es ante todo un conocimiento básico, que cambia los supuestos fundamentales en biología molecular. Los nuevos resultados son especialmente importantes para los investigadores que trabajan en células madre y biología del cáncer. Proporcionan una nueva visión de cómo se desarrollan las células, cómo las vías involucradas en el desarrollo determinan cuándo cambian las células y cuándo se alcanza el punto de no retorno. Estas vías también se encuentran frecuentemente mutadas en el cáncer y los hallazgos en este estudio serán valiosos para el estudio del desarrollo maligno.

"En el proyecto, nos centramos en la vía de señalización de la quinasa regulada por señal extracelular (ERK) del factor de crecimiento de fibroblastos (FGF), que es una vía de señalización desde un receptor en la superficie de una célula hasta el ADN dentro del núcleo de la célula. Esta vía está desregulado en muchos tipos de cáncer y, por lo tanto, esperamos que muchos de los datos de este estudio ayuden a informar aspectos de la biología del cáncer al indicar nuevas formas de atacar específicamente esta vía de señalización en las células cancerosas ", concluye Josh Brickman. (Fuente: PHYS.org)